Вчені пророкують квантові стрибки, які перевернуть фізику з ніг на голову

Кіт на вихід

У 1935 році фізик Ервін Шредінгер придумав уявний експеримент, щоб проілюструвати пару дивних явищ квантової фізики: суперпозиція і непередбачуваність.

Експеримент став відомий як кіт Шредінгера, і на протязі більше ніж 80 років він служив наріжним каменем квантової фізики. Але в недавно опублікованому дослідженні група йельських вчених по суті руйнує передумову в центрі експерименту — новаторську роботу, яка може нарешті дозволити дослідникам розробити корисні квантові комп'ютери.

Вбивця кішки

Кішка Шредінгера, можливо, найвідоміша кішка з коли-небудь жили. Або це ніколи не померло, в залежності від вашої точки зору.

В уявному експерименті кішка запечатана в коробці разом з крихітним шматочком радіоактивної речовини, яке може втратити або не втратити жодного атома, щоб розпастися протягом години — будь-яка можливість однаково ймовірна. У коробці також знаходиться колба, обладнана для випуску отрути, якщо атом розпадається.

Як цей звивистий уявний експеримент пов'язаний з квантовою фізикою, полягає в цій невизначеності: немає ніякого способу дізнатися, чи живий, чи мертвий кіт в будь-який момент протягом години. Теоретично він живий і мертвий — поки хто-небудь не відкриє коробку і не стане спостерігати за котом.

Це квантова суперпозиція у двох словах: квантова система може існувати у двох станах одночасно, роблячи випадковий квантовий «стрибок» в один стан після спостереження.

Розширене попередження

Передбачити, коли квантова система «перестрибне» з одного стану в інший, неможливо — або, принаймні, так думали експерти до понеділка, коли дослідники з Єльського університету опублікували дослідження в журналі Nature, докладно описує їх відкриття системи раннього попередження. для квантових стрибків.

Використовуючи комбінацію з трьох мікрохвильових генераторів, алюмінієвої порожнини й надпровідного штучного атома, команда виявила, що він може передбачити, коли атом збирається зробити квантовий стрибок — їм просто потрібно було шукати раптове відсутність певного тип фотонів, що випускаються з атома.

«Прекрасний ефект, демонстрований цим експериментом, полягає в підвищенні узгодженості під час стрибка, попри його спостереження», — сказав дослідник Мішель Деворет в прес-релізі, додавши, що його колега Златко Мінєв додав: «Ви можете використовувати це, щоб не тільки зловити стрибок, але і переломити його ».

Обчислювальна потужність

Ця здатність повернути назад квантові стрибки — ось як це нове дослідження може допомогти в розробці квантових комп'ютерів.

Основні одиниці квантової інформації у квантових обчислювальних системах відомі як кубіти. Вони аналогічні бітам, використовуваним в традиційних обчисленнях, але замість того, щоб бути 1 або 0, кубіт може перебувати в обох станах одночасно.

Кубіти змінюють стану у квантових обчислювальних системах після помилок обчислень, і тепер, коли у дослідників є спосіб передбачити ці зміни, вони можуть швидше виправляти ці помилки й управляти квантовими даними, що робить одну з ключових проблем при створенні корисних квантових комп'ютерів. трохи менш складним.

«Квантові скачки атома до якоїсь міри аналогічні виверження вулкана», — сказав Мінєв. «Вони абсолютно непередбачувані в довгостроковій перспективі. Проте, при правильному моніторингу ми можемо з упевненістю виявити завчасне попередження про катастрофу, що насувається і діяти на неї до того, як вона сталася».

Джерела: Yale News